English
Kỹ Thuật Nuôi, Tin tức
Mối Liên Hệ Và Xác Định Các Yếu Tố Động Lực Chất Lượng Nước Trong Ao Nuôi Tôm Thẻ Chân Trắng Trong Hệ Thống Nuôi Trồng Thủy Sản Xanh Sinh Thái Nhiệt Đới Thân Thiện Với Môi Trường
Tóm tắt
Nuôi tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) là một ngành kinh tế trọng điểm tại nhiều khu vực ven biển thuộc các quốc gia nhiệt đới. Sự gia tăng nhu cầu thị trường đã thúc đẩy mô hình nuôi thâm canh, kéo theo lượng nước thải lớn gây tác động tiêu cực đến hệ sinh thái thủy sinh. Vì vậy, quản lý nuôi trồng thủy sản một cách bền vững và hợp lý là yêu cầu cấp thiết nhằm cân bằng giữa hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường. Trong bối cảnh đó, mô hình nuôi trồng thủy sản xanh sinh thái đã được phát triển để đáp ứng các yêu cầu về tăng trưởng bền vững. Trong mô hình này, giám sát chất lượng nước đóng vai trò then chốt, giúp kiểm soát và điều chỉnh kịp thời các yếu tố môi trường. Tuy nhiên, việc theo dõi thường xuyên tạo ra một khối lượng lớn dữ liệu với tính chất phức tạp. Nghiên cứu này tập trung phân tích sự biến động của các thông số chất lượng nước và mối tương quan giữa chúng trong ao nuôi tôm thẻ chân trắng theo mô hình sinh thái tại vùng nhiệt đới trong giai đoạn 2020–2022. Dữ liệu gồm chín thông số môi trường được xử lý bằng phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) nhằm xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng nước. Kết quả cho thấy, năm thành phần chính có thể đại diện cho toàn bộ hệ biến số ban đầu. Trong đó, độ mặn, amoniac và pH được xác định là những yếu tố chủ chốt ảnh hưởng đến chất lượng nước ao nuôi. Do đó, quản lý môi trường ao nuôi nên tập trung giám sát và điều chỉnh hiệu quả các biến số này để tối ưu hiệu quả nuôi và giảm thiểu tác động đến môi trường.
Giới thiệu
Nuôi tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) hiện là một hoạt động kinh tế trọng điểm tại nhiều vùng ven biển của các quốc gia nhiệt đới (Bush và cộng sự, 2010). Trước nhu cầu thị trường ngày càng tăng, mô hình nuôi thâm canh được áp dụng rộng rãi để nâng cao sản lượng loài tôm này (Emerenciano và cộng sự, 2022). Tuy nhiên, hệ thống nuôi thâm canh cũng kéo theo hệ lụy là gia tăng lượng chất thải hữu cơ, bao gồm thức ăn dư thừa và phân tôm (Nirmal và cộng sự, 2020). Mật độ thả giống cao đặc trưng trong các mô hình này dẫn đến áp lực lớn lên môi trường ao nuôi và các vùng thủy vực lân cận (Suwoyo và cộng sự, 2015; Musa và cộng sự, 2020). Những chất thải này không chỉ gây hiện tượng phú dưỡng và làm suy giảm oxy hòa tan, mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho mầm bệnh phát triển (Peng và cộng sự, 2009). Dù các công nghệ nuôi trồng thủy sản hiện đại đang hướng đến mục tiêu tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, thì việc giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và xã hội vẫn cần được xem là yếu tố cốt lõi trong quá trình phát triển bền vững (Rurangwa và cộng sự, 2017).
Công nghệ tiên tiến và quản lý trang trại hiệu quả đóng vai trò thiết yếu trong việc thúc đẩy tăng trưởng kinh tế tại các cộng đồng ven biển thông qua việc tạo ra việc làm trong ngành thủy sản (Asche, 2011). Trong bối cảnh phát triển bền vững ngày càng được chú trọng, mô hình nuôi trồng thủy sản xanh sinh thái đang nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn. Đây là hình thức nuôi trồng thâm canh dựa trên hệ sinh thái rừng ngập mặn (De-León-Herrera và cộng sự, 2015; Musa và cộng sự, 2019), kết hợp giữa hoạt động bảo tồn và khai thác hợp lý rừng ngập mặn để phục vụ sản xuất thủy sản. Mô hình này không chỉ giúp bảo vệ môi trường sinh thái, mà còn mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt, thông qua việc tăng năng suất, xử lý chất thải hữu cơ, và hạn chế ô nhiễm nguồn nước. Đặc biệt, trong bối cảnh nhiều khu vực ven biển đang bị suy thoái do tác động của con người, nuôi trồng thủy sản xanh sinh thái được xem là một giải pháp khả thi và bền vững (Mahmudi và cộng sự, 2021, 2022). Bằng cách gắn kết chặt chẽ giữa bảo vệ rừng ngập mặn và phát triển sản xuất, mô hình này góp phần cải thiện sinh kế, tăng thu nhập, và nâng cao chất lượng sống cho cộng đồng địa phương.
Kiểm soát chất lượng nước là yếu tố cốt lõi quyết định đến sản lượng và lợi nhuận trong nuôi tôm, đặc biệt trong các mô hình nuôi thâm canh. Việc theo dõi thường xuyên các chỉ số chất lượng nước là yêu cầu bắt buộc để đạt được hiệu quả nuôi cao (Adnan và cộng sự, 2014; Orozco-Lugo và cộng sự, 2022). Lý do là vì tốc độ tăng trưởng và tỷ lệ sống của tôm phụ thuộc chặt chẽ vào các thông số hóa lý và sinh học của môi trường nước (Carbajal & Sánchez, 2008). Tuy nhiên, sự biến động của các chỉ số chất lượng nước thường phức tạp, khó phân tích và khó dự báo, đòi hỏi người nuôi phải có công cụ và kiến thức phù hợp để giám sát toàn diện. Việc này không chỉ giúp đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước, mà còn góp phần hạn chế tác động tiêu cực đến năng suất và sức khỏe của tôm nuôi.
Nghiên cứu này tập trung đánh giá sự tương tác giữa các yếu tố và xác định những nhân tố chính ảnh hưởng đến sự biến động của các thông số chất lượng nước trong hệ thống nuôi tôm chân trắng ứng dụng mô hình nuôi trồng thủy sản xanh sinh thái. Việc giám sát chất lượng nước trong thời gian dài là cần thiết để phát hiện kịp thời các biến động bất thường (McQuatters-Gollop và cộng sự, 2009). Quá trình này thường tạo ra một khối lượng dữ liệu lớn và phức tạp, đòi hỏi những công cụ phân tích hiệu quả. Trong đó, phương pháp thống kê đa biến – đặc biệt là phân tích thành phần chính (Principal Component Analysis – PCA) đóng vai trò then chốt trong việc xử lý và giải mã ma trận dữ liệu. PCA giúp làm nổi bật các thành phần tiềm ẩn có ảnh hưởng lớn nhất đến hệ thống nước, từ đó hỗ trợ việc phân tích tổng thể và đưa ra định hướng quản lý hiệu quả hơn (Lusiana và cộng sự, 2022).
Chuẩn bị nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu bao gồm các ao nuôi tôm thẻ chân trắng tại Phòng thí nghiệm nước lợ và nước biển tại Đại học Brawijaya. Cơ sở này nằm ở vùng ven biển của Probolinggo Regency và được bao quanh bởi thảm thực vật rừng ngập mặn (Hình 1). Nghiên cứu được thực hiện từ năm 2020 đến năm 2022.
Theo Hình 1b, việc lấy mẫu được thực hiện tại bốn địa điểm khác nhau. Trong khi Điểm 1 là cửa dẫn nước từ sông đến rừng ngập mặn thì Điểm 2 là cửa dẫn nước từ rừng ngập mặn đến ao. Điểm 3 bao gồm các cửa xả nước từ ao tới rừng ngập mặn, nơi chứa chất thải. Điểm 4 là cửa xả nước của rừng ngập mặn.
Đo các thông số chất lượng nước
Nhiều đặc điểm chất lượng nước tại các địa điểm nghiên cứu được đo bằng cách phân tích các mẫu nước. Máy đo Lutron PDO-520 DO được sử dụng để theo dõi nhiệt độ (°C), oxy hòa tan (DO; mg/L) và pH. Đĩa secchi và khúc xạ kế được sử dụng để kiểm tra độ trong suốt (m) và độ mặn (‰). Ngoài ra, nồng độ nitrat (mg/L), nitrit (mg/L) và amoniac (mg/L) được đo bằng bộ dụng cụ thử nghiệm. Cuối cùng, các phân tích đo màu và chuẩn độ ngoài hiện trường được thực hiện trên orthophosphate (mg/L) và tổng chất hữu cơ (TOM; mg/L).
Phân tích dữ liệu
Phân tích tương quan Pearson
Phân tích tương quan Pearson là một phương pháp có thể được sử dụng để đo lường mức độ gần gũi của mối quan hệ hoặc sự tương tác giữa hai biến định lượng. Phương pháp này đo lường mức độ liên kết và hướng của mối quan hệ giữa các biến và được biểu thị dưới dạng thước đo số được gọi là hệ số tương quan Pearson. Nếu hệ số gần -1 hoặc +1, điều đó cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa các biến. Nếu nó gần bằng 0 chứng tỏ không có mối quan hệ giữa các biến. Tầm quan trọng của kết quả có thể được đánh giá bằng cách sử dụng t-test [Lusiana và Mahmudi, 2020].
Phân tích thành phần chính
Phân tích thành phần chính (PCA) là một kỹ thuật hữu ích để giản lược dữ liệu bằng cách giảm số lượng biến mà vẫn giữ nguyên phần lớn thông tin trong tập dữ liệu. Nhờ vậy, đặc tính của dữ liệu được bảo toàn tối đa. PCA biến đổi các biến ban đầu (có thể tương quan với nhau) thành một tập hợp biến mới nhỏ hơn và độc lập (không còn tương quan). Các thành phần chính (PC) được tạo ra từ quá trình này giúp giải thích sự thay đổi trong dữ liệu với tỷ lệ tương ứng. Ví dụ, PC1 có thể giải thích tỷ lệ biến thiên cao hơn PC2, v.v. Do đó, giảm kích thước dữ liệu bằng cách chọn số lượng PC đủ để giải thích ít nhất 80% tổng biến thiên (Rencher & Christensen, 2012). Ngoài ra, việc sử dụng PCA dựa trên việc đáp ứng các giả định về tính đầy đủ của mẫu bằng thử nghiệm KMO và tính đồng nhất của dữ liệu bằng thử nghiệm Bartlett. Dựa vào giá trị hệ số tải để xác định các biến ảnh hưởng nhiều nhất đến sự biến đổi của dữ liệu (Jolliffe & Cadima, 2016).
Kết quả và thảo luận
Đặc điểm chất lượng nước
Bảng 1 tóm tắt kết quả đo lường chất lượng nước và so sánh với các tiêu chuẩn quốc gia Indonesia cho hoạt động nuôi trồng thủy sản. Phần lớn các thông số chất lượng nước đều đáp ứng các chỉ tiêu tiêu chuẩn bao gồm nhiệt độ, DO, nitrat, orthophosphate và TOM. Tuy nhiên, giá trị trung bình của độ mặn thấp hơn giá trị tiêu chuẩn, trong khi giá trị trung bình của amoniac cao hơn. Hơn nữa, mặc dù các giá trị trung bình của độ pH và độ trong nằm trong phạm vi tiêu chuẩn, nhưng giá trị tối thiểu lại nằm dưới các giá trị ngưỡng thấp hơn.
Tôm thẻ chân trắng có khả năng chịu đựng độ mặn thấp (Esparza-Leal và cộng sự, 2010). Độ mặn 1 ppt không ảnh hưởng đến tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (Jaffer và cộng sự, 2020). Tuy nhiên, độ mặn 2 ppt có thể ảnh hưởng đến tăng trưởng và tỷ lệ sống (Gao và cộng sự, 2016). Trong khi đó, nồng độ amoniac cao trong các ao nuôi thâm canh có thể là kết quả của tỷ lệ thức ăn cao hơn, gây ra sự tích tụ bùn nhanh chóng ở đáy ao; đây là chất thải bao gồm thức ăn thừa, phân, sinh vật phù du thối rữa, các hạt trên không, đất xói mòn và vi sinh vật [Koyama và cộng sự, 2020].A
Giá trị pH không phù hợp trong ao nuôi trồng thủy sản dẫn đến sự suy giảm sự phát triển của sinh vật nuôi [Tumwesigye và cộng sự, 2022]. Giá trị pH thấp hơn có thể hạn chế sự phân hủy của chất hữu cơ, dẫn đến tích tụ chất hữu cơ trong đáy ao, tăng nhu cầu oxy ở đáy ao [Boyd, 2017; Hasibuan và cộng sự, 2021]. Khi tôm tiếp xúc với pH thấp có thể dẫn đến giảm trọng lượng ở vỏ, giảm nhẹ nồng độ strontium và tăng hàm lượng magiê trong khi vẫn duy trì mức canxi [Wickins, 1984 ]. Hơn nữa, độ trong thấp của ao nuôi có thể ảnh hưởng đến hoạt động quang hợp của các sinh vật tự dưỡng, chẳng hạn như thực vật phù du [Lusiana và cộng sự, 2019].
Mối tương quan giữa các biến chất lượng nước
Kết quả phân tích tương quan Pearson, như thể hiện trong Bảng 2, cho thấy độ pH có mối tương quan đáng kể với độ trong suốt, DO, orthophosphate và TOM. Những yếu tố này liên quan đến chất hữu cơ trong ao nuôi. Trong những năm gần đây, Nghề nuôi tôm sử dụng nhiều thức ăn có hàm lượng protein cao, dẫn đến lượng chất hữu cơ dư thừa trong ao. Theo báo cáo, mặc dù khẩu phần ăn của tôm có hàm lượng protein 30–40% nhưng chỉ 20–25% trong số này được sử dụng, phần còn lại là bùn thải. Đối với mỗi kg tôm được cho ăn, có tới 50 g nitơ amoniac được tạo ra [Iber và Kasan, 2021]. Hơn nữa, quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước tiêu thụ oxy thông qua các quá trình được hỗ trợ bởi các sinh vật hiếu khí hoặc cần oxy, do đó làm giảm mức DO trong ao [Wu và cộng sự, 2021]. Một mối tương quan nghịch đã được quan sát giữa pH và DO, rất có thể là do quá trình nitrat hóa gây ra [Murray và cộng sự, 1975].
Ghi chú: * – có ý nghĩa ở mức 5%.
Độ mặn và độ trong có mối liên hệ chặt chẽ tại khu vực nghiên cứu ven biển. Vị trí nghiên cứu chịu ảnh hưởng bởi cả hai hệ sinh thái, dẫn đến sự biến động của độ mặn (Chand và cộng sự, 2015). Độ mặn cao khiến các hạt lơ lửng dễ dàng kết tụ lại, tạo thành các hạt rắn lớn hơn. Các hạt rắn này tiếp tục chìm xuống đáy biển và phân hủy, làm giảm lượng chất lơ lửng trong nước, từ đó tăng độ trong. Quá trình này cải thiện độ trong suốt của nước. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng những tác động này tăng lên cùng với độ mặn [Czuba và cộng sự, 2011].
Kết quả PCA
Thử nghiệm độ đầy đủ của mẫu (KMO) được tiến hành trước khi thực hiện PCA chỉ ra rằng chất lượng nước của ao nuôi tôm thẻ chân trắng nuôi trồng thủy sản xanh sinh thái là đủ cho mục đích của nghiên cứu này; hệ số KMO là 0,70 hoặc lớn hơn 0,50 (). Ngoài ra, kết quả kiểm tra tính đồng nhất dữ liệu của Bartlett cũng hỗ trợ phân tích PCA (p < 4,56E-09). Như được hiển thị trong Hình 2, kết quả phân tích cho thấy số lượng khía cạnh của chất lượng nước nên giảm xuống còn 5 PC. Điều này là do năm chiều hoặc thành phần đầu tiên đóng góp tới 83,5% tổng biến thể.
Theo Bảng 3, PC đầu tiên (PC1) đại diện cho độ pH và DO, vì hệ số tải trong PC1 là cao nhất trong số các PC khác. Hơn nữa, PC2 biểu thị độ trong, amoniac và độ mặn, trong khi PC3 đặc trưng cho nitrat. Ngoài ra, nhiệt độ cũng như orthophosphate và TOM lần lượt được đại diện bởi PC4 và PC5.
Sự đóng góp của từng yếu tố chất lượng nước vào sự thay đổi tổng thể trong tập dữ liệu được mô tả trong Hình 3. Rõ ràng là độ mặn, amoniac và pH có đóng góp cao nhất. Vì vậy, chúng có thể được coi là yếu tố quyết định sự thay đổi động thái chất lượng nước trong ao nuôi tôm thẻ chân trắng. Hơn nữa, các biến này được đại diện bởi hai PC đầu tiên trong nghiên cứu này.
Độ mặn đóng vai trò quan trọng trong môi trường sống của nhiều sinh vật thủy sinh, bao gồm cả tôm thẻ chân trắng. Nó ảnh hưởng đến sự tồn tại, tăng trưởng và phân tán của chúng trong các giai đoạn sống khác nhau, từ đại dương đến cửa sông [Kumlu và cộng sự, 2000; Walker và cộng sự, 2009]. Biến đổi độ mặn đặc biệt rõ rệt ở vùng nhiệt đới, nơi có mùa khô và mùa mưa [Chand và cộng sự, 2015]. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu đang gia tăng nguy cơ xâm nhập mặn, gây ảnh hưởng đến hoạt động nuôi trồng thủy sản nước ngọt trên toàn cầu [Badjeck và cộng sự, 2010]. Rừng ngập mặn, với vai trò là môi trường sống ven biển năng động và độc đáo, đóng góp nhiều dịch vụ sinh thái quan trọng. Chúng cung cấp nguồn dinh dưỡng và nơi trú ẩn cho các sinh vật dưới nước, bao gồm cả tôm thẻ chân trắng. Nghiên cứu của Ahmed và cộng sự (2022) cho thấy hàm lượng chất dinh dưỡng và lá cao trong rừng ngập mặn có khả năng giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của độ mặn đối với tôm.
Thức ăn dư thừa trong hệ thống nuôi tôm thâm canh dẫn đến nhiều hệ quả tiêu cực. Khi tôm tiêu thụ lượng thức ăn lớn, thức ăn thừa sẽ phân hủy, giải phóng các hợp chất nitơ có hại vào môi trường nước [Iber và Kasan, 2021]. Quá trình này tạo ra một phản ứng dây chuyền, tạo ra các thành phần góp phần gây ô nhiễm và suy thoái chất lượng nước. Amoniac, urê và carbon dioxide là những chất thải trao đổi chất phổ biến nhất được tìm thấy trong nước thải nuôi tôm [Patil và cộng sự, 2021).
Nồng độ amoniac trong ao nuôi tôm thâm canh có thể tăng cao theo thời gian, lên đến 46 mg/L [Lin và Chen, 2001]. Nồng độ amoniac cao ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng nước và giảm năng suất nuôi tôm [Iber và Kasan, 2021]. Thay nước thường xuyên là giải pháp để giảm amoniac, nhưng việc xử lý lượng nước thải lớn này cũng là một thách thức. Giảm amoniac trước khi thải ra môi trường là cách tốt hơn để xử lý nước. Hệ thống nuôi trồng thủy sản lâm sinh có thể giúp giảm amoniac hiệu quả [Musa và cộng sự, 2020]. Tuy nhiên, chỉ sử dụng cây ngập mặn có thể không đủ để đạt mức chất lượng nước “lý tưởng” [Mahmudi và cộng sự, 2022].
Khí CO2 do tôm thải ra ảnh hưởng đến việc điều chỉnh độ pH trong nước ao nuôi [Boyd, 2015]. Nhiều yếu tố sinh học và hóa học trong ao cũng có thể làm thay đổi độ pH [Kathyayani và cộng sự, 2019]. Ví dụ, thực vật hấp thụ carbon dioxide vào ban ngày để quang hợp, trong khi thực vật và động vật thải ra carbon dioxide vào ban đêm [Boyd, 2017]. Độ pH không phù hợp trong ao nuôi có thể tăng độc tính amoniac, gây căng thẳng cho tôm, làm giảm sự phát triển của tôm, tăng tính nhạy cảm với bệnh tật, dẫn đến tử vong ở tôm [Kathyayani và cộng sự, 2019].
Kết luận
Mô hình nuôi thâm canh tôm thẻ chân trắng đang phát triển mạnh mẽ, nhưng đồng thời cũng tiềm ẩn nguy cơ gây tác động tiêu cực đến môi trường. Trong bối cảnh đó, hệ thống nuôi trồng thủy sản xanh sinh thái – kết hợp giữa nuôi tôm và bảo tồn rừng ngập mặn được xem là một giải pháp tiềm năng nhằm bảo vệ hệ sinh thái ven biển và thúc đẩy phát triển ngành nuôi tôm theo hướng bền vững. Trong hệ thống này, quản lý chất lượng nước đóng vai trò then chốt quyết định đến hiệu quả nuôi. Việc giám sát và đánh giá chất lượng nước một cách chính xác, thường xuyên là điều cần thiết để kịp thời phát hiện những biến động bất thường cũng như xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến môi trường ao nuôi. Phân tích thành phần chính (PCA) – một phương pháp thống kê đa biến được ứng dụng trong nghiên cứu nhằm xử lý và phân tích dữ liệu chất lượng nước phức tạp. Nghiên cứu này áp dụng PCA để nhận diện các yếu tố chủ đạo tác động đến chất lượng nước trong ao nuôi tôm thẻ chân trắng thuộc hệ thống nuôi trồng thủy sản xanh sinh thái ở vùng nhiệt đới.
Theo Muhammad Musa, Mohammad Mahmudi, Sulastri Arsad, Evellin Dewi Lusiana, Sunadji, Wisnu Angga Wardana, Magdalena Florensia Ompusunggu, Dhea Novita Damayanti
Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Bình Minh Capital
Đọc thêm:
- Phần 1: Ảnh Hưởng Của Việc Thay Thế Bột Cá Bằng Bột Thịt Xương Kết Hợp Bột Tỏi (Allium Sativum) Đến Các Chỉ Số Sinh Học, Thức Ăn, Thành Phần Cơ, Thành Phần Axit Béo Và Axit Amin Của Tôm Thẻ Chân Trắng (Litopenaeus Vannamei)
- Phần 2: Ảnh Hưởng Của Việc Thay Thế Bột Cá Bằng Bột Thịt Xương Kết Hợp Bột Tỏi (Allium Sativum) Đến Các Chỉ Số Sinh Học, Thức Ăn, Thành Phần Cơ, Thành Phần Axit Béo Và Axit Amin Của Tôm Thẻ Chân Trắng (Litopenaeus Vannamei)
- 10 LỜI KHUYÊN ĐỂ NUÔI TÔM THÀNH CÔNG